2025年, 第0卷, 第2期　
刊出日期：2025-04-25

  

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  氢气射流特性研究

  刘雨昂, 解方喜, 吴桐, 马书哲, 张亮, 姜北平

  车用发动机. 2025, 0(2): 1. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2025.02.001

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  氢气作为一种清洁、高效的能源，在发动机领域的应用正逐渐受到关注。基于Converge软件建立了氢气射流仿真模型，将纹影试验结果与模型计算结果的轮廓、射流贯穿距及射流锥角进行了对比，验证了模型的准确性。分析了不同喷射压力、环境压力及环境温度对氢气射流特性的影响。结果表明：射流贯穿距随喷射压力的升高而增大，增幅逐渐减小；射流锥角随喷射压力的升高而增大；马赫盘高度和宽度随喷射压力的升高而增大。射流贯穿距随环境压力的降低而增大，增幅逐渐增大；射流锥角随环境压力的升高而减小；马赫盘高度和宽度随环境压力的升高而减小。射流贯穿距随环境温度的升高而增大，增幅逐渐减小；射流初期射流锥角随环境温度的升高而减小；马赫盘高度和宽度随环境温度变化不明显。
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  甲醇-加氢催化生物柴油光学发动机PPC低温燃烧模式碳烟生成特性试验研究

  邵壮, 李卫民, 陈及, 赵新强, 周秀成, 马晓涵

  车用发动机. 2025, 0(2): 9. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2025.02.002

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  采用光学发动机和双色法测试技术开展了甲醇-加氢催化生物柴油（hydrogenated catalytic biodiesel,HCB）在部分预混压燃（partially premixed combustion,PPC）低温燃烧模式下的燃烧特性和碳烟瞬态生成特性的研究。结果表明，随着直喷时刻的提前，燃用M0（100%HCB）与M15（15%甲醇,25%正辛醇和 60%HCB）的峰值缸压先增大后减小，甲醇的掺混降低了混合燃油的活性，导致在相同直喷时刻下M15燃烧相位滞后于M0。在PPC燃烧模式燃烧初期，甲醇蒸发吸热导致M15燃油火焰温度小于M0燃油，但随着燃烧的发展，由于M15有更高的氧含量以及更均匀的燃油分布，燃烧后期M15的充分燃烧不仅使其火焰温度逐渐大于M0，还显著降低了燃烧过程中碳烟的生成。
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  基于灰色关联与最弱链理论的铸铝气缸盖组织与力学性能评估

  蒲博闻, 周海涛, 王根全, 毛郭灵, 胡定云, 何晓东

  车用发动机. 2025, 0(2): 17. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2025.02.003

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  为了准确表征铸造铝合金气缸盖材料微观组织与失效概率之间的相关性，提出综合反映材料强度和试样尺寸对失效概率影响的评价方法。首先，基于气缸盖不同位置微观组织表征和力学性能测试结果，利用灰色关联分析方法，以二维孔隙率、孔隙面积、孔隙最大Feret尺寸、硅相面积、硅相长宽比、硅相最大Feret尺寸和硅相颗粒圆度7个微观组织特征作为比较序列，以抗拉强度、弹性模量和维氏硬度3个力学性能指标作为参考序列，研究气缸盖材料组织特征与力学性能之间的关联关系。基于最弱链理论，通过考虑缺陷分布偏离理想均匀分布程度，构建了弱化试样尺寸效应的广义双参数Weibull分布模型，对气缸盖不同位置失效概率与材料强度关系进行描述。结果表明：孔隙最大Feret尺寸对铸铝气缸盖本体材料力学性能的影响相对较大，底板位置容易出现局部缺陷的集中分布，发生由铸造缺陷引起失效的概率较高。
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  共轨喷油器小油量喷射特性优化

  李春晖, 吴小军, 杨贵春, 张子威, 王祺

  车用发动机. 2025, 0(2): 24. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2025.02.004

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  针对某共轨喷油器小油量工况MAP单调性差，导致喷油稳定性差、油量控制精度低的问题，建立了喷油器AMESim仿真模型，对小油量工况下电磁阀和针阀的运动状态进行分析。通过仿真结果分析得出喷油器小油量工况MAP单调性差的原因：针阀在电磁阀处于完全碰撞状态前开启，随着控制脉宽增加，电磁阀依靠自身惯性与电磁铁碰撞，进而发生速度突变，导致电磁阀和针阀关闭延迟减小，循环喷油量随之下降。从缩短电磁阀开启时间和增大针阀开启延迟两方面对喷油器小油量MAP进行优化，最终选取增大针阀密封锥面直径的方案，在优化小油量喷射特性的同时缩短了标定工况的喷油持续期。
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  TCD燃烧室结构优化对发动机性能的影响

  王东鸽, 何超, 李加强, 陈彦林, 聂岩, 于海生

  车用发动机. 2025, 0(2): 29. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2025.02.005

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  柴油机燃烧室的几何形状对缸内燃油的雾化和燃烧有着直接影响。为满足日益严格的排放法规，以某柴油机为研究对象，使用AVL Fire软件在保证相同压缩比的前提下，对原型ω燃烧室几何形状进行改造，引入环形凸起结构和中心凸台结构构造TCD（T表示涡轮增压，Turbocharger；C表示进气中冷，Charger air cooling；D表示柴油颗粒捕集器，Diesel particle filter）燃烧室，并对TCD燃烧室的结构参数进行优化。使用仿真模拟的方法，研究了不同几何形状的燃烧室对柴油机性能及排放的影响。研究结果表明：TCD燃烧室的燃烧性能主要受燃烧室直径的影响，直径过大或过小均会降低指示功率；TCD燃烧室优化后指示功率相对于优化前增加了0.98%，相对于原型ω燃烧室增加了8.26%； TCD燃烧室优化后Soot排放量相对于优化前降低了67.19%，相对于原型ω燃烧室降低了88.37%。
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  混动专用自然吸气发动机EGR系统匹配与应用

  马克, 季晓亮, 张秀英, 王一聪, 庄林毅, 刘系暠

  车用发动机. 2025, 0(2): 37. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2025.02.006

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  基于某1.5 L采用EGR技术的自然吸气发动机，进行EGR系统优化匹配与分析，重点针对EGR系统应用过程中涉及到的EGR取气位置、各缸EGR均匀性、可使用EGR的环境条件进行了仿真分析与试验验证。结合仿真与试验结果，选择EGR催化器前取气，并优化EGR回气位置，使得各缸EGR率偏差大部分控制在±0.5%以内；使用EGR的温度边界建议：0 km海拔下环境温度大于等于5 ℃，海拔升高时使用EGR的环境温度可降低，发动机冷却液温度介于55~110 ℃；使用EGR的海拔边界建议：海拔小于3 km，同时需综合考虑经济性、动力性及电控可实现性对EGR率进行修正。
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  混合动力汽车高性能冷却风扇研究

  黄英铭, 曾志新, 张凯, 梁晓峰, 马志浩, 罗雪丰

  车用发动机. 2025, 0(2): 43. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2025.02.007

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  为满足混动化后整车冷却系统对风扇性能升级的需求，提出了加大扇叶下沉量和优化扇叶叶型的优化方案，以限制扇叶叶顶间隙的涡流损失。通过CFD和CAE软件联合仿真，解析了冷却风扇微观流场，优化了扇叶结构，并预测了优化效果。试验验证表明：优化方案能有效减小叶顶间隙，抑制叶顶间隙产生的涡流损失，从而提升冷却风扇的有效风量；结合整车风阻曲线可知，优化方案可使整车实际风量增加3.3%，验证了优化方案有效性。
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  基于斜翅片型液冷板的流动和传热研究

  张雨顺, 牟纳斯, 韩勇, 潘迪

  车用发动机. 2025, 0(2): 48. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2025.02.008

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  锂电池包内部液冷板的换热效率及温度分布是决定包内电芯温度控制及温差差异的关键因素，因此液冷板的结构设计及布局一直都是电池热管理系统开发的最关键对象。提出一种适用于锂电池包内液冷系统的新型高效换热斜翅片型液冷板结构，并应用正交试验法对该结构进行了全特征结构参数研究。选取电池表面最高温度、电池表面温差及液冷板压降作为响应量，通过极差分析获得对响应量最敏感的结构参数——斜翅片高度。应用数值模拟手段和性能评估指标(PEC)就斜翅片高度和入口雷诺数对液冷板整体散热性能的影响进行研究分析。结果表明：传统直流道中增加斜翅片结构可以引起扰流，并增大液冷板有效对流换热面积，极大提升液冷板的换热性能；相比于传统直流道液冷板，较高的斜翅片往往会带来一定的压降损失，但其优秀的散热性能可以弥补这一额外损失。
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  新能源汽车圆柱形电池组纵向流散热理论分析

  揭琳锋, 李伟, 熊树生

  车用发动机. 2025, 0(2): 58. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2025.02.009

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  针对目前新能源汽车中圆柱形电池组横向流散热方式存在的主要问题，提出了电池组可采用纵向流散热方式散热，并基于经典对流换热理论对该散热方式进行理论研究。通过计算和分析，该散热方式可以实现无间隙电池组设计，减小了电池间的空隙，有效减小电池组体积，提高体积能量密度，同时保证了良好的均温性能和较高的换热效率。研究表明，纵向流散热方式在提高电池组体积能量密度方面具有明显优势，可通过提高冷却介质流速等措施来优化其散热性能，为后期圆柱形电池组的散热设计和优化提供了理论依据和指导。
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  超高速无油空压机关键技术研究

  孙云龙, 朱晨虹, 王家武, 彭文, 陈良, 吴广权

  车用发动机. 2025, 0(2): 65. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2025.02.010

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  由于氢燃料电池电堆对进气系统无油、高压比、大流量的技术特性要求，开发无油高效的氢燃料电池空压机系统正变得越来越重要，超高速无油空压机系统可以为电堆高效地提供洁净的压缩空气，成为了燃料电池系统实现高功率密度、高效率的关键核心部件。超高速无油空压机系统关键技术包括超高速永磁同步电机电磁设计、超高速转子过盈量分析、超高速永磁同步电机热分析、无油动压气浮轴承技术等。分别对以上无油空压机系统关键技术进行深入研究，并结合某款150 kW电堆流量需求，设计了额定功率25 kW的超高速无油空压机系统，并完成了样机试制，之后对空压机系统进行了相关试验验证。试验结果表明，空压机系统能持续稳定运行，性能达成了各项设计目标，空压机系统各关键技术得到验证。
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  提高天然气燃烧机理对点火延迟时间预测的准确性研究

  张军, 毛功平, 齐虹

  车用发动机. 2025, 0(2): 73. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2025.02.011

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  采用量子化学计算方法，在低温燃烧条件下对天然气燃烧机理中关键基元反应的活化能进行了计算，用来修正原机理中的活化能数据，以提高天然气机理预测低温点火延迟时间的准确性。在不同工况下（温度900~1 200 K，压力0.5，1，1.5 MPa，当量比0.5，1.0，1.5），对应用广泛的三种天然气详细机理（San Diego 2016，GRI 3.0，Aramco Mech 3.0）进行了对比分析，确定对点火延迟时间预测较准确的Aramco Mech 3.0机理作为研究对象，基于点火延迟时间的敏感性分析，确定敏感性系数最大的基元反应H₂O₂(+M)→2OH(+M)为关键基元反应。运用B3LYP，PM7，M06-2X，CBS-QB3，W1RO五种量化计算方法，对该基元反应的活化能进行了计算；选取了B3LYP，CBS-QB3，W1RO三种方法计算的活化能，更新了原机理中关键基元反应的活化能数据，得到了三种新机理。比较了新机理、原详细机理与闭式均相反应器模型耦合计算得到的点火延迟时间，并与试验值进行了对比分析。结果表明：温度为900~1 200 K时，利用B3LYP方法计算的活化能平均值为212.34 kJ/mol；利用该数据对原机理中的活化能进行修正，修正后的新机理能更准确地预测点火延迟时间，更适用于低温燃烧工况。
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  融合动态规划与XGBoost算法的混合动力汽车能量管理策略

  田珂, 马骁

  车用发动机. 2025, 0(2): 80. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2025.02.012

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  对于目前插电式混合动力汽车能量管理功率分配的实时性与准确性问题，现有的离线功率预测模型未能全面考虑混合动力汽车蓄电池的健康状态（SOH），以及功率波动等动态性能多目标变化对预测结果的影响，同时现有的机器学习算法在混合动力汽车的动力分配计算及预测方面也存在性能不足问题，故通过离线动态规划+在线XGBoost算法，实现对混合动力汽车的功率分配建模及预测。首先搭建插电式混合动力汽车的动力系统模型，并且通过聚类分析获取车辆行驶的典型混合工况，其次使用动态规划算法离线计算该工况下发动机与锂电池的最优功率分配比例，最后 XGBoost算法以动态规划计算结果作为训练数据进行模型训练验证。计算结果表明：离线阶段的动态规划考虑了多目标优化，使得在线阶段的模型训练有足够的数据支撑。对比随机森林算法，XGBoost算法将最大误差降低了28%，同时将计算速度提升了62%，可以实现对插电式混合动力汽车功率分配的精确估计。
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  基于模糊控制的自适应等效油耗最小能量管理策略

  曹龙龙, 钟勇, 邱煌乐, 范周慧, 郜建行, 刘成龙

  车用发动机. 2025, 0(2): 89. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-2222.2025.02.013

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  为了提升增程式电动汽车的经济性，针对等效燃油消耗最小能量管理策略（equivalent consumption minimization strategy,ECMS）无法使经济性达到最优问题，提出一种改进的ECMS能量管理优化策略。采用整车需求功率来表征当前时刻的工况，采用加速度的大小来表征下一时刻需求功率的变化大小，采用动力电池SOC反馈来判断当前动力电池所存储能量的大小，根据三者确定当前整车状态下的最佳等效因子，并通过模糊控制器的方式来实现该等效因子的自适应调节。通过Matlab/Simulink搭建控制策略模型与AVL_Cruise软件进行联合仿真，结果显示：在WLTC工况和CLTC工况下，整车百公里等效燃油消耗量分别为8.50 L，8.07 L，较优化前分别提升了3%，1.94%，说明了改进后的自适应等效燃油消耗最小策略能有效减小燃油消耗量。